package com.likeycy.my.tree;

import java.util.Comparator;

/**
 * @ClassName: RedBlackTree
 * @Description: 实现Java版本的红黑树
 * @Author: sodagreen
 * @Date: 2021/3/22 0:44
 * @Version: 1.0
 */
public class RedBlackTree<E> extends BalancedBinarySearchTree<E>  {
    /** 定义常量代表红色节点 */
    private static final boolean RED = false;
    /** 定义常量代表黑色节点 */
    private static final boolean BLACK = true;

    public RedBlackTree() {
        this(null);
    }

    public RedBlackTree(Comparator<E> comparator) {
        super(comparator);
    }

    @Override
    protected void afterAdd(Node<E> node) {
        Node<E> parent = node.parent;

        // 添加的是根节点或者是【上溢到了根节点】
        if (parent == null) {
            black(node);
            return;
        }

        // 如果父节点是黑色的，直接返回
        if (isBlack(parent)) {
            return;
        }

        // 叔父节点。分别处理uncle节点是红色与不是红色两种情况
        Node<E> uncle = parent.sibling();
        // 祖父节点
        Node<E> grand = parent.parent;
        // 如果叔父节点是红色的，那么新增的这个节点也是红色，违背了同一路径不能有两个连续的红色节点这一性质
        if (isRed(uncle)) {
            // 进入if表示叔父节点是红色的，那么我们需要将父节点和叔父节点都染成黑色
            black(parent);
            black(uncle);
            // 祖父节点由于上溢与上一层节点合并，当做新添加的节点处理。在当做新添加的节点前，需要将祖父节点染成红色
            red(grand);
            // 此处递归调用是解决【B树上溢】
            afterAdd(grand);
            return;
        }

        // 如果程序执行到此处，表示叔父节点不是红色
        // 进入if表示父节点是左边的子节点，那么需要处理的情况就是 LL 和 LR。反之进入else就需要处理 RR 和 RL 两种情况
        if(parent.isLeftChild()) { // L
            // if==LL，else==LR
            if(node.isLeftChild()) { // LL
                // 先将父节点染红，再将祖父节点染黑
                black(parent);
                red(grand); // 该句可以抽离出来放到if之上
                // 右旋转
                rotateRight(grand);
            } else { // LR
                black(node);
                red(grand);
                rotateLeft(parent);
                rotateRight(grand); // 该句可以抽离出来放到if末尾
            }
        } else { // R
            // if==RL，else==RR
            if (node.isLeftChild()) { // RL
                black(node);
                red(grand);
                rotateRight(parent);
                rotateLeft(grand);
            } else { // RR
                // 先将父节点染红，再将祖父节点染黑
                black(parent);
                red(grand);
                // 左旋转
                rotateLeft(grand);
            }
        }

        // 祖父节点
    }

    /**
     * 红黑树最终删除的逻辑，保持和父类方法一样，只传递一个参数
     * @param node
     */
    @Override
    protected void afterRemove(Node<E> node) {
        // 如果删除的节点是红色，那么直接删除
        // 或者 用以取代删除节点的子节点是红色
        if (isRed(node)) {
            // 如果子节点是红色，那么直接染成 BLACK 即可。通用的删除逻辑所以已经在父类中处理了，replacement.parent也指向了新的节点
            black(node);
            return;
        }

        Node<E> parent = node.parent;
        // 删除的是黑色的叶子节点。这种情况最复杂，因为打破了性质5，任意路径到叶子节点包含相同数目的黑色节点
        // 场景一：整棵树只有一个节点，即根节点。它既是根也是叶子。直接删除返回
        if (parent == null) {
            return;
        }

        // 删除的是黑色的叶子节点 【下溢】
        // 由于通用删除逻辑里已经将node删除掉，且将左或右子节点都置为了null,无法确定通过 sibling()方法来判断这个被删除节点是左还是右
        // 这里需要转变一下思路,由于不能直接得到当前这个节点是左还是右。我们还以前可以通过判断父节点左右两边哪边是空的来确定被删除的是左还是右
        boolean left = parent.left == null || node.isLeftChild();
        Node<E> sibling = left ? parent.right : parent.left;
        // 进入if代表被删除的节点在左边，兄弟节点在右边，反之else则是被删除节点在右边，兄弟在左边
        if (left) {

            // 如果兄弟节点是红色
            if (isRed(sibling)) {
                // 先将兄弟节点染黑，将父节点染红
                black(sibling);
                red(parent);
                // 进行左旋转
                rotateLeft(parent);
                // 更换兄弟节点
                sibling = parent.right;
            }

            // 执行到此处，兄弟节点必然是黑色
            if (isBlack(sibling.left) && isBlack(sibling.right)) {
                // 进入if表示兄弟节点左右子节点都是黑色的，没有一个红色的子节点。这种就需要父节点向下和兄弟节点合并
                // 父节点在向下合并前还需要判断父节点是否为黑色
                boolean parentBlack = isBlack(parent);
                black(parent);
                red(sibling);
                if (parentBlack) {
                    afterRemove(parent);
                }
            } else {
                // 进入到else表示兄弟节点至少有一个红色的子节点，那么和兄弟节点借元素
                // 兄弟节点右边是黑色，没有右子节点则默认是黑色的null节点。这样需要先旋转兄弟
                if (isBlack(sibling.right)) {
                    rotateRight(sibling);
                    sibling = parent.right;
                }
                // 拿到parent的颜色，给sibling节点染色
                color(sibling, colorOf(parent));
                black(sibling.right);
                black(parent);
                rotateLeft(parent);
            }

        } else {
            // 如果兄弟节点是红色
            if (isRed(sibling)) {
                // 先将兄弟节点染黑，将父节点染红
                black(sibling);
                red(parent);
                // 进行右旋转
                rotateRight(parent);
                // 更换兄弟节点
                sibling = parent.left;
            }

            // 执行到此处，兄弟节点必然是黑色
            if (isBlack(sibling.left) && isBlack(sibling.right)) {
                // 进入if表示兄弟节点左右子节点都是黑色的，没有一个红色的子节点。这种就需要父节点向下和兄弟节点合并
                // 父节点在向下合并前还需要判断父节点是否为黑色
                boolean parentBlack = isBlack(parent);
                black(parent);
                red(sibling);
                if (parentBlack) {
                    afterRemove(parent);
                }
            } else {
                // 进入到else表示兄弟节点至少有一个红色的子节点，那么和兄弟节点借元素
                // 兄弟节点左边是黑色，没有左子节点则默认是黑色的null节点。这样需要先旋转兄弟
                if (isBlack(sibling.left)) {
                    rotateLeft(sibling);
                    sibling = parent.left;
                }
                // 拿到parent的颜色，给sibling节点染色
                color(sibling, colorOf(parent));
                black(sibling.left);
                black(parent);
                rotateRight(parent);
            }
        }

    }


    /**
     * 红黑树删除第一版，需要修改afterRemove方法，增加一个replacement参数。从父类继承的方法开始修改
     * @param node
     * @param replacement
     */
    /*@Deprecated
    protected void afterRemove(Node<E> node, Node<E> replacement) {
        // 如果删除的节点是红色，那么直接删除，不做任何操作
        if (isRed(node)) {
            return;
        }

        // 用以取代node的子节点是红色
        if (isRed(replacement)) {
            // 如果子节点是红色，那么直接染成 BLACK 即可。通用的删除逻辑所以已经在父类中处理了，replacement.parent也指向了新的节点
            black(replacement);
            return;
        }

        Node<E> parent = node.parent;
        // 删除的是黑色的叶子节点。这种情况最复杂，因为打破了性质5，任意路径到叶子节点包含相同数目的黑色节点
        // 场景一：整棵树只有一个节点，即根节点。它既是根也是叶子。直接删除返回
        if (parent == null) {
            return;
        }

        // 删除的是黑色的叶子节点 【下溢】
        // 由于通用删除逻辑里已经将node删除掉，且将左或右子节点都置为了null,无法确定通过 sibling()方法来判断这个被删除节点是左还是右
        // 这里需要转变一下思路,由于不能直接得到当前这个节点是左还是右。我们还以前可以通过判断父节点左右两边哪边是空的来确定被删除的是左还是右
        boolean left = parent.left == null || node.isLeftChild();
        Node<E> sibling = left ? parent.right : parent.left;
        // 进入if代表被删除的节点在左边，兄弟节点在右边，反之else则是被删除节点在右边，兄弟在左边
        if (left) {

            // 如果兄弟节点是红色
            if (isRed(sibling)) {
                // 先将兄弟节点染黑，将父节点染红
                black(sibling);
                red(parent);
                // 进行左旋转
                rotateLeft(parent);
                // 更换兄弟节点
                sibling = parent.right;
            }

            // 执行到此处，兄弟节点必然是黑色
            if (isBlack(sibling.left) && isBlack(sibling.right)) {
                // 进入if表示兄弟节点左右子节点都是黑色的，没有一个红色的子节点。这种就需要父节点向下和兄弟节点合并
                // 父节点在向下合并前还需要判断父节点是否为黑色
                boolean parentBlack = isBlack(parent);
                black(parent);
                red(sibling);
                if (parentBlack) {
                    afterRemove(parent, null);
                }
            } else {
                // 进入到else表示兄弟节点至少有一个红色的子节点，那么和兄弟节点借元素
                // 兄弟节点右边是黑色，没有右子节点则默认是黑色的null节点。这样需要先旋转兄弟
                if (isBlack(sibling.right)) {
                    rotateRight(sibling);
                    sibling = parent.right;
                }
                // 拿到parent的颜色，给sibling节点染色
                color(sibling, colorOf(parent));
                black(sibling.right);
                black(parent);
                rotateLeft(parent);
            }

        } else {
            // 如果兄弟节点是红色
            if (isRed(sibling)) {
                // 先将兄弟节点染黑，将父节点染红
                black(sibling);
                red(parent);
                // 进行右旋转
                rotateRight(parent);
                // 更换兄弟节点
                sibling = parent.left;
            }

            // 执行到此处，兄弟节点必然是黑色
            if (isBlack(sibling.left) && isBlack(sibling.right)) {
                // 进入if表示兄弟节点左右子节点都是黑色的，没有一个红色的子节点。这种就需要父节点向下和兄弟节点合并
                // 父节点在向下合并前还需要判断父节点是否为黑色
                boolean parentBlack = isBlack(parent);
                black(parent);
                red(sibling);
                if (parentBlack) {
                    afterRemove(parent, null);
                }
            } else {
                // 进入到else表示兄弟节点至少有一个红色的子节点，那么和兄弟节点借元素
                // 兄弟节点左边是黑色，没有左子节点则默认是黑色的null节点。这样需要先旋转兄弟
                if (isBlack(sibling.left)) {
                    rotateLeft(sibling);
                    sibling = parent.left;
                }
                // 拿到parent的颜色，给sibling节点染色
                color(sibling, colorOf(parent));
                black(sibling.left);
                black(parent);
                rotateRight(parent);
            }
        }

    }*/

    /**
     * 添加节点或删除节点之后，都要判断节点是否染色。
     * 由于传递的是Node类型，而需要染色的节点是继承了Node的RBNode类型。所以我们封装该方法
     * @param node 要染色的节点
     * @param color 要染的颜色，红色或者黑色
     * @return 返回染色后的节点对象
     */
    private Node<E> color(Node<E> node, boolean color) {
        // 如果node为空，不染色，直接返回
        if (node == null) {
            return null;
        }
        // 强制向下转型
        RBNode<E> rbNode = (RBNode<E>)node;
        // 给节点染色
        rbNode.color = color;
        return node;
    }

    /**
     * 给节点染成红色
     * @param node
     * @return
     */
    private Node<E> red(Node<E> node) {
        return color(node, RED);
    }

    /**
     * 给节点染成黑色
     * @param node
     * @return
     */
    private Node<E> black(Node<E> node) {
        return color(node, BLACK);
    }

    /**
     * 根据传入的指定节点获取该指定节点当前的颜色
     * @param node 指定的节点
     * @return 返回指定节点当前的颜色。如果节点为空，一直返回黑色
     */
    private boolean colorOf(Node<E> node) {
        // 如果节点为空，那么返回黑色。如果不为空，向下转型后返回节点被染的颜色
        return node == null ? BLACK : ((RBNode<E>)node).color;
    }

    /**
     * 判断指定节点是否为黑色节点并返回结果
     * @param node 指定节点
     * @return 如果是黑色节点返回true。红色返回false。空节点一直返回true
     */
    private boolean isBlack(Node<E> node) {
        return colorOf(node) == BLACK;
    }

    /**
     * 判断指定节点是否为红色节点并返回结果
     * @param node 指定节点
     * @return 如果是红色节点返回true。反之一直返回false
     */
    private boolean isRed(Node<E> node) {
        return colorOf(node) == RED;
    }

    @Override
    protected Node<E> newNode(E element, Node<E> parent) {
        return new RBNode<>(element, parent);
    }

    private static class RBNode<E> extends Node<E> {
        boolean color;
        public RBNode(E element, Node<E> parent) {
            super(element, parent);
        }

        @Override
        public String toString() {
            String str = "";
            if (color == RED) {
                str = "R_";
            }
            return str + element.toString();
        }
    }
}
